吉林大学学报(工学版) ›› 2013, Vol. 43 ›› Issue (03): 764-770.doi: 10.7964/jdxbgxb201303034

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基于奇异值分解和经验模态分解的航空发动机健康信号降噪

雷达, 钟诗胜   

  1. 哈尔滨工业大学 机电工程学院,哈尔滨 150001
  • 收稿日期:2012-03-30 出版日期:2013-05-01 发布日期:2013-05-01
  • 通讯作者: 钟诗胜(1964-),男,教授,博士生导师.研究方向:复杂装备健康管理.E-mail:zhongss@hit.edu.cn E-mail:zhongss@hit.edu.cn
  • 作者简介:雷达(1984-),男,博士研究生.研究方向:装备健康状态监控与预测.E-mail:raydar@163.com
  • 基金资助:

    "863"国家高技术研究发展计划重点项目(2012AA040911-1);国家自然科学基金项目(60939003);中国民航总局科技项目(MHRD201052).

Aircraft engine health signal denoising based on singular value decomposition and empirical mode decomposition methods

LEI Da, ZHONG Shi-sheng   

  1. School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
  • Received:2012-03-30 Online:2013-05-01 Published:2013-05-01

摘要: 提出了一种基于奇异值分解(Singular value decomposition, SVD)和经验模态分解(Empirical mode decomposition, EMD)的信号降噪方法.首先采用EMD方法对原始信号进行分解并提取出信号趋势分量.然后对信号剩余部分采用SVD方法降噪,并根据奇异值差分谱方法自适应选择奇异值进行信号重构.最后将重构后的信号与趋势分量叠加得到最终的降噪信号.采用该方法对模拟信号和实际航空发动机健康信号进行了降噪试验,结果表明:该方法能够准确地选择用于重构信号的奇异值,并能够有效地去除信号噪声.

关键词: 信息处理技术, 信号降噪, 奇异值分解, 经验模态分解, 航空发动机

Abstract: Singular Value Decomposition (SVD) is a widely used nonlinear signal denoising approach. Its denoising effect is depending on the selection of singular values for the signal reconstitution. The singular value difference spectrum of singular value can be used to select the expected singular values adaptively. However, sometimes when dealing with signals with strong trend, such as aircraft engine health signals, it may hardly choose the right singular values and fail to restore the desired signals To solve such problem, a signal denoising approach based on Empirical Mode Decomposition (EMD) and SVD is proced. First, the original signal is decomposed by EMD and the trend component is extracted from the original signal. Then, SVD is used to denoise the detrended signal, and the difference spectrum of singular value is used to select the singular values adaptively. After denoising, the detrended part is added to the trend part to get the final signal. Results of Both simulation and real aircraft engine health signal experiment demonstrate that the proposed approach can precisely select the singular values for signal reconstitution and effectively reduce the noise.

Key words: information processing, signal denoising, singular value decomposition(SVD), empirical mode decomposition(EMD), aircraft engine

中图分类号: 

  • TN911.7
[1] Uday P, Ganguli R. Jet engine health signal denoising using optimally weighted recursive median filters[J]. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2010,132(4):041601-041608.

[2] Ganguli R. Noise and outlier removal from jet engine health signals using weighted fir median hybrid filters[J]. Mechanical Systems and Signal Processing,2002,16(6): 967-978.

[3] Ganguli R, Dan B. Trend shift detection in jet engine gas path measurements using cascaded recursive median filter with gradient and laplacian edge detector[J]. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2004, 126(1): 55-61.

[4] Verma R, Ganguli R. Denoising jet engine gas path measurements using nonlinear filters[J]. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2005, 10(4): 461-464.

[5] 赵学智, 叶邦彦.SVD和小波变换的信号处理效果相似性及其机理分析[J]. 电子学报, 2008, 36(8): 1582-1589. Zhao Xue-zhi, Ye Bang-yan. The similarity of signal processing effect between SVD and wavelet transform and its mechanism analysis[J]. ACTA Electronica Sinica, 2008, 36(8): 1582-1589.

[6] 朱启兵, 刘杰, 李允公, 等. 基于结构风险最小化原则的奇异值分解降噪研究[J]. 振动工程学报, 2005, 18(2): 204-207. Zhu Qi-bing, Liu Jie, Li Yun-gong, et al. Study on noise reduction in singular value decomposition based on structural risk minimization[J]. Journal of Vibration Engineering, 2005, 18(2): 204-207.

[7] 张波, 李健君. 基于Hankel矩阵与奇异值分解(SVD)的滤波方法以及在飞机颤振试验数据预处理中的应用[J]. 振动与冲击, 2009, 28(2): 162-166. Zhang Bo, Li Jian-jun. Denoising method based on Hankel matrix and SVD and its application in flight flutter testing data preprocessing[J]. Journal of Vibration and Shock, 2009,28(2): 162-166.

[8] Jha S K, Yadava R D S. Denoising by singular value decomposition and its application to electronic nose data processing[J]. Sensors Journal, 2011,11(1):35-44.

[9] 吕永乐, 郎荣玲. 基于奇异值分解的飞行数据降噪方法[J]. 计算机工程, 2010,36(3):260-262. Lü Yong-le, Lang Rong-ling. Noise reduction method for flight data based on singular value decomposition[J]. Computer Engineering, 2010, 36(3): 260-262.

[10] Zhao Xue-zhi, Ye Bang-yan. Selection of effective singular values using difference spectrum and its application to fault diagnosis of headstock[J]. Mechanical Systems and Signal Processing, 2011, 25(5):1617-1631.

[11] Huang N E, Shen Z, Long S R, et al. The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis[J]. Proceedings of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 1998, 454(1971):903-995.

[12] Wu Z H, Huang N E, Long S R, et al. On the trend, detrending, and variability of nonlinear and nonstationary time series[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2007, 104(38): 14889-14894.

[13] Flandrin P, Gonalv`es P, Rilling G. Detrending and denoising with empirical mode decompositions//Proceedings of the 12th European Signal Processing Conference, Vienna, Austria, 2004: 1581-1584.
[1] 苏寒松,代志涛,刘高华,张倩芳. 结合吸收Markov链和流行排序的显著性区域检测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1887-1894.
[2] 徐岩,孙美双. 基于卷积神经网络的水下图像增强方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1895-1903.
[3] 黄勇,杨德运,乔赛,慕振国. 高分辨合成孔径雷达图像的耦合传统恒虚警目标检测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1904-1909.
[4] 李居朋,张祖成,李墨羽,缪德芳. 基于Kalman滤波的电容屏触控轨迹平滑算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1910-1916.
[5] 应欢,刘松华,唐博文,韩丽芳,周亮. 基于自适应释放策略的低开销确定性重放方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1917-1924.
[6] 陆智俊,钟超,吴敬玉. 星载合成孔径雷达图像小特征的准确分割方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1925-1930.
[7] 刘仲民,王阳,李战明,胡文瑾. 基于简单线性迭代聚类和快速最近邻区域合并的图像分割算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1931-1937.
[8] 单泽彪,刘小松,史红伟,王春阳,石要武. 动态压缩感知波达方向跟踪算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1938-1944.
[9] 姚海洋, 王海燕, 张之琛, 申晓红. 双Duffing振子逆向联合信号检测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1282-1290.
[10] 全薇, 郝晓明, 孙雅东, 柏葆华, 王禹亭. 基于实际眼结构的个性化投影式头盔物镜研制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1291-1297.
[11] 陈绵书, 苏越, 桑爱军, 李培鹏. 基于空间矢量模型的图像分类方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 943-951.
[12] 陈涛, 崔岳寒, 郭立民. 适用于单快拍的多重信号分类改进算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 952-956.
[13] 孟广伟, 李荣佳, 王欣, 周立明, 顾帅. 压电双材料界面裂纹的强度因子分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 500-506.
[14] 林金花, 王延杰, 孙宏海. 改进的自适应特征细分方法及其对Catmull-Clark曲面的实时绘制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 625-632.
[15] 王柯, 刘富, 康冰, 霍彤彤, 周求湛. 基于沙蝎定位猎物的仿生震源定位方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 633-639.
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[1] 刘松山, 王庆年, 王伟华, 林鑫. 惯性质量对馈能悬架阻尼特性和幅频特性的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 557 -563 .
[2] 初亮, 王彦波, 祁富伟, 张永生. 用于制动压力精确控制的进液阀控制方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 564 -570 .
[3] 李静, 王子涵, 余春贤, 韩佐悦, 孙博华. 硬件在环试验台整车状态跟随控制系统设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 577 -583 .
[4] 胡兴军, 李腾飞, 王靖宇, 杨博, 郭鹏, 廖磊. 尾板对重型载货汽车尾部流场的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 595 -601 .
[5] 王同建, 陈晋市, 赵锋, 赵庆波, 刘昕晖, 袁华山. 全液压转向系统机液联合仿真及试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 607 -612 .
[6] 张春勤, 姜桂艳, 吴正言. 机动车出行者出发时间选择的影响因素[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 626 -632 .
[7] 马万经, 谢涵洲. 双停车线进口道主、预信号配时协调控制模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 633 -639 .
[8] 于德新, 仝倩, 杨兆升, 高鹏. 重大灾害条件下应急交通疏散时间预测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 654 -658 .
[9] 肖赟, 雷俊卿, 张坤, 李忠三. 多级变幅疲劳荷载下预应力混凝土梁刚度退化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 665 -670 .
[10] 肖锐, 邓宗才, 兰明章, 申臣良. 不掺硅粉的活性粉末混凝土配合比试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 671 -676 .